WO2021186491A1 - 熱交換器、空気調和機及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

熱交換器、空気調和機及び熱交換器の製造方法 Download PDF

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WO2021186491A1
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heat transfer
transfer tube
heat exchanger
copper
alloy
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達郎 永山
智嗣 上山
健一 木谷
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a heat exchanger, an air conditioner, and a heat exchanger having a heat transfer tube and fins.
  • a heat exchanger equipped with a heat transfer tube and fins is known.
  • the heat exchanger is provided in, for example, the outdoor unit and the indoor unit of the air conditioner. Since the heat exchanger installed in the outdoor unit is used outdoors, water may adhere to it due to rainfall or the like, and the metal material constituting the heat transfer tube of the heat exchanger may corrode, resulting in performance deterioration and malfunction. There is.
  • the heat exchanger installed in the indoor unit may be exposed to dew when the air conditioner is in cooling operation, so the metal material that constitutes the heat transfer tube of the heat exchanger corrodes and the performance deteriorates. And dysfunction may occur. Therefore, an anticorrosion function may be added to the heat transfer tube of the heat exchanger.
  • a technique in which a material having a lower redox potential than the material of the heat transfer tube is sprayed or coated on the surface of the heat transfer tube can be mentioned.
  • a technique in which a material having a low redox potential is used can be mentioned.
  • Patent Document 1 discloses a parallel flow type heat exchanger in which the refrigerant inside a plurality of flat tubes flows in parallel.
  • the heat exchanger of Patent Document 1 includes a flat pipe through which a refrigerant flows, a header to which the flat pipe is connected and a refrigerant flows inside, and fins provided between the flat pipe and the flat pipe.
  • the flat tube and fins are brazed, and the flat tube and header are brazed to manufacture a heat exchanger.
  • Patent Document 2 discloses an aluminum alloy tube for a heat exchanger in which a coating film for brazing composed of a powder of copper or an organic copper compound, Si powder, a Zn-containing flux and a binder is formed on the surface thereof.
  • the redox potential becomes noble by forming an alloy layer containing copper in the brazed portion between the flat tube and the fin.
  • Patent Document 2 attempts to suppress local corrosion of the brazed portion between the flat tube and the fin.
  • Patent Document 2 suppresses corrosion of the brazed portion, and does not provide corrosion protection at a desired position as in Patent Document 1.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a method for manufacturing a heat exchanger, an air conditioner, and a heat exchanger that provide corrosion protection at a desired position of a heat transfer tube.
  • the heat exchanger according to the present disclosure includes an aluminum heat transfer tube through which a refrigerant flows inside and fins for transferring the heat of the refrigerant flowing through the heat transfer tube, and an alloy of aluminum and copper is provided at the end of the heat transfer tube. A part is provided.
  • an alloy portion of aluminum and copper is provided at the end of the heat transfer tube. Therefore, the redox potential at the end of the heat transfer tube becomes noble. In this way, anticorrosion can be applied to the end portion of the heat transfer tube, which is a desired position of the heat transfer tube.
  • the compressor 6, the flow path switching device 7, the heat exchanger 8, the expansion unit 10, and the indoor heat exchanger 11 are connected by the refrigerant pipe 5 to form the refrigerant circuit 4.
  • the compressor 6 sucks in the refrigerant in a low temperature and low pressure state, compresses the sucked refrigerant into a refrigerant in a high temperature and high pressure state, and discharges the refrigerant.
  • the compressor 6 is, for example, an inverter compressor whose capacity can be controlled.
  • the flow path switching device 7 switches the direction in which the refrigerant flows in the refrigerant circuit 4, and is, for example, a four-way valve.
  • the heat exchanger 8 exchanges heat between, for example, outdoor air and a refrigerant.
  • cooling operation Next, the operation mode of the air conditioner 1 will be described.
  • the cooling operation In the cooling operation, the refrigerant sucked into the compressor 6 is compressed by the compressor 6 and discharged in a high temperature and high pressure gas state.
  • the high-temperature and high-pressure gas-state refrigerant discharged from the compressor 6 passes through the flow path switching device 7 and flows into the heat exchanger 8 acting as a condenser, and in the heat exchanger 8, the outdoor blower 9 It exchanges heat with the sent outdoor air and condenses and liquefies.
  • the condensed liquid refrigerant flows into the expansion section 10 and is expanded and depressurized in the expansion section 10 to become a low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase state refrigerant. Then, the refrigerant in the gas-liquid two-phase state flows into the indoor heat exchanger 11 that acts as an evaporator, and in the indoor heat exchanger 11, heat is exchanged with the indoor air sent by the indoor blower 12 to evaporate and gasify. do. At this time, the indoor air is cooled, and cooling is performed indoors. The evaporated low-temperature and low-pressure gas-like refrigerant passes through the flow path switching device 7 and is sucked into the compressor 6.
  • the air conditioner 1 does not have to have the flow path switching device 7.
  • the air conditioner 1 is a dedicated cooling machine or a dedicated heating machine.
  • the fin 30 is a member that transfers the heat of the refrigerant flowing through the heat transfer tube 20, and is, for example, a corrugated fin that is bent and arranged between the heat transfer tube 20 and the heat transfer tube 20.
  • the fin 30 is made of, for example, aluminum.
  • the fin 30 may be a plate fin.
  • the header 40 is made of, for example, aluminum, in which a refrigerant flows inside and the refrigerant is divided into a plurality of connected heat transfer tubes 20.
  • the fin 30 may be made of the same material as the heat transfer tube 20, or may be made of a different material.
  • the header 40 has a header 40 that connects one end of the plurality of heat transfer tubes 20 and a header 40 that connects the other ends of the plurality of heat transfer tubes 20.
  • the inside of the header 40 may be configured so that the flow path through which the refrigerant flows is partitioned by one or a plurality of partitions.
  • a refrigerant pipe 5 is connected to the upper part of the header 40, and the header 40 is connected to the flow path switching device 7 by the refrigerant pipe 5.
  • a refrigerant pipe 5 is connected to the lower part of the header 40, and the header 40 is connected to the expansion portion 10 by the refrigerant pipe 5.
  • the header 40 may be made of the same material as the heat transfer tube 20.
  • the end 21 of the heat transfer tube 20 which is the connection point between the heat transfer tube 20 and the header 40, is not provided with the fins 30, a substance that induces corrosion such as salt or metal powder is deposited. easy. Therefore, the end 21 of the heat transfer tube 20 is inferior in corrosion resistance.
  • a technique for the purpose of suppressing corrosion of the heat transfer tube 20, a technique is known in which a metal having a lower redox potential than the material of the heat transfer tube 20 is used for the fin 30 and the header 40.
  • the fin 30 and the header 40 are intentionally promoted to be corroded, and the portion of the flat tube existing near the fin 30 and the header 40 is prevented from corroding.
  • the end 21 of the heat transfer tube 20, which is the connection point between the heat transfer tube 20 and the header 40 is inferior in corrosion resistance because there is a distance between the fin 30 and the header 40.
  • FIG. 4 is a front view showing the alloy portion 50 according to the first embodiment.
  • the first embodiment as shown in FIG. 4, aluminum and copper formed by the eutectic reaction are formed on the surface of one side of the end 21 of the heat transfer tube 20 which is the connection point between the heat transfer tube 20 and the header 40.
  • the alloy portion 50 of the above is provided. Since the alloy portion 50 is provided at the end 21 of the heat transfer tube 20 which is the connection point between the heat transfer tube 20 and the header 40, the corrosion resistance can be improved even if the heat transfer tube 20 and the header 40 are separated from each other. Therefore, the corrosion resistance of the heat exchanger 8 can be improved. Further, the wall thickness of the end portion of the alloy portion 50 may be thicker than the wall thickness of the central portion of the alloy portion 50. As a result, even if the anticorrosion property is lowered from the central portion to the end portion of the alloy portion 50, the anticorrosion property of the end portion of the alloy portion 50 can be supplemented.
  • FIG. 5 is a graph showing the mechanism of the alloy portion 50 according to the first embodiment. Next, the mechanism by which the corrosion resistance is improved by the alloy portion 50 will be described. The range in which the eutectic reaction occurs and the effect on corrosion were investigated using a sample obtained by adhering copper powder, which is a fine copper powder, to an aluminum alloy material, which is an alloy of aluminum and zinc, and brazing.
  • the horizontal axis represents the distance from the position where the copper powder is attached
  • the vertical axis represents the atomic number% ratio of Cu / Al.
  • the concentration of copper with respect to aluminum decreases substantially linearly from the position where the copper powder is attached.
  • FIG. 6 is a schematic view showing before the corrosion acceleration test of the alloy portion 50 according to the first embodiment
  • FIG. 7 is a schematic view showing after the corrosion acceleration test of the alloy portion 50 according to the first embodiment.
  • a corrosion acceleration test was conducted to investigate the effect of the alloy portion 50 on corrosion.
  • FIG. 6 is a schematic view of the aluminum alloy material 60 before the corrosion acceleration test (0 h).
  • the aluminum alloy material 60 has a copper powder adhering portion 61 before brazing, and after brazing, the eutectic range of aluminum and copper is developed around the copper powder adhering portion 61.
  • 168 hours after the start of the corrosion acceleration test as shown in FIG. 7, the corroded portion 62 is not generated at the position where the copper powder adhering portion 61 is adhered, but the copper powder adhering portion 61 is adhered.
  • a corroded portion 62 was generated at a place away from the provided position.
  • FIG. 8 is a schematic view showing the mechanism of the alloy portion 50 according to the first embodiment.
  • the redox potential is the most noble at the position where the copper powder is placed. Then, as the copper powder is concentrically separated from the position where the copper powder is placed, the concentration of copper decreases, so that the redox potential becomes low.
  • the redox potential of the aluminum material is small, the redox potential at the position where the copper powder is placed is noble, and the redox potential becomes medium and large as the distance from the position where the copper powder is placed increases. It becomes base.
  • the alloy portion 50 of aluminum and copper also has a redox potential higher than that of aluminum. Therefore, the heat transfer tube 20, the fins 30, or the header 40, which is not provided with the alloy portion 50 of aluminum and copper, sacrifices and protects the alloy portion 50 of aluminum and copper.
  • sacrificial anticorrosion means to corrode by itself in order to protect a specific part from corroding.
  • the alloy portion 50 is provided at the end portion 21 of the heat transfer tube 20 which is the connection portion between the heat transfer tube 20 and the header 40, that portion can be protected from corrosion.
  • the redox potentials of the header 40 and the fins 30 are the lowest, the redox potentials of the alloy portion 50 are the most precious, and the redox potentials of the heat transfer tubes 20 other than the alloy portion 50 are the redox potentials of the header 40 and the fins. It is a redox potential between 30 and the alloy portion 50. As a result, it is possible to prevent corrosion of parts other than the alloy portion 50 of the heat transfer tube 20. Further, the portion outside the alloy portion 50 of the heat transfer tube 20 may be locally thickened. In this case, since a large corrosion margin is taken in the portion other than the alloy portion 50 of the heat transfer tube 20, the corrosion resistance can be improved.
  • the alloy portion 50 is an alloy portion 50 of aluminum and copper formed at the end portion 21 of the heat transfer tube 20 by a eutectic reaction. In order to alloy aluminum and copper by the eutectic reaction, a high temperature of about 600 ° C. is required.
  • the entire heat exchanger 8 in which the heat transfer tube 20, the fins 30, the header 40, and the like are assembled is supplied into the brazing furnace. Since the heat exchanger 8 assembled before brazing in the furnace is not brazed, the heat transfer tube 20, the fins 30, and the header 40 are not metallically joined. However, since the position where corrosion protection is desired, such as the portion between the fin 30 and the header 40 in the heat transfer tube 20, is fixed, it is preferable to form the alloy portion 50 before brazing.
  • a copper or copper alloy of a predetermined size is placed at a position on the heat transfer tube 20 where corrosion protection is desired.
  • the copper alloy is, for example, brass.
  • the shape of copper or copper alloy is not limited, and examples thereof include copper powder, copper foil, and copper tape.
  • the copper tape can be attached as it is.
  • a method of dispersing fine copper powder in the flux and applying the flux containing the copper powder is also conceivable.
  • a method of dispersing fine copper powder in a binder or the like and applying a binder containing the copper powder is also conceivable.
  • the method of supplying copper or a copper alloy is not limited to the above method, and it is sufficient that the copper or the copper alloy can be supplied to the heat exchanger 8 assembled by the heat transfer tube 20, the fins 30, the header 40, and the like.
  • the method of manufacturing the heat exchanger 8 includes a step of placing copper on the end of the heat transfer tube 20, a step of assembling the heat transfer tube 20 and the fin 30, and the assembled heat transfer tube 20 and the fin 30. It consists of steps to supply into the brazing furnace.
  • the size, amount, or dispersion of copper or copper alloy will be described.
  • a copper powder of a predetermined size is supplied, an alloy portion 50 of aluminum and copper is formed by a eutectic reaction between the supplied copper powder and the aluminum constituting the heat transfer tube 20. Therefore, when the amount of copper with respect to aluminum is excessive, the entire circumferential direction of the heat transfer tube 20 may become the alloy portion 50.
  • the melting point of the alloy portion 50 is lower than the melting point of aluminum alone, so that the alloy portion 50 may be completely melted and the heat transfer tube 20 itself may be melted or damaged.
  • the supply amount of copper or copper alloy is required to be an appropriate amount.
  • the manufacturing conditions of the alloy portion 50 will be described.
  • the state in the depth direction and the state in the horizontal direction of the alloy portion 50 were clarified.
  • the volume V per grain of copper is preferably 0.0035 t 3 [mm 3 ] ⁇ V ⁇ 0.436 t 3 [mm 3 ]. all right.
  • the weight W of copper is preferably 0.027 t [g / cm 2 ] ⁇ W ⁇ 0.135 t [g / cm 2], where t is the wall thickness of the heat transfer tube 20.
  • an alloy portion 50 of aluminum and copper is provided at the end portion 21 of the heat transfer tube 20. Therefore, the redox potential at the end 21 of the heat transfer tube 20 becomes noble. In this way, the end 21 of the heat transfer tube 20, which is a desired position of the heat transfer tube 20, can be protected from corrosion.
  • the first embodiment further includes a header 40 in which a refrigerant flows inside and distributes the refrigerant to a plurality of connected heat transfer tubes 20, and the alloy portion 50 is provided between the fins 30 and the header 40 in the heat transfer tubes 20. It is provided in. Since the alloy portion 50 is provided between the fin 30 and the header 40 in the end portion 21 of the heat transfer tube 20, anticorrosion is provided at a position of the heat transfer tube 20 away from the fin 30 and the header 40. be able to.
  • the alloy portion 50 of aluminum and copper formed by the eutectic reaction is provided at the end portion 21 of the heat transfer tube 20. Therefore, zinc and copper do not compete with each other. Therefore, it is possible to suppress a decrease in corrosion resistance at a position where anticorrosion needs to be applied.
  • the alloy portion 50 of aluminum and copper formed by the eutectic reaction is formed on the surface of one side of the end portion 21 of the heat transfer tube 20 which is the connection point between the heat transfer tube 20 and the header 40.
  • the case where it is provided is illustrated.
  • the alloy portion 50 may be provided on both sides or the side surface of the heat transfer tube 20. Further, the alloy portion 50 may be partially provided in the end portion 21 of the heat transfer tube 20 instead of the entire region between the fin 30 and the header 40.
  • the eutectic reaction is exemplified in the case where it is caused by brazing in a furnace, the eutectic reaction may be caused by brazing using a burner, for example.
  • copper may be supplied to the heat transfer tube 20 before the heat exchanger 8 is assembled.
  • the alloy portion 50 does not have to be provided at all positions between the fin 30 and the header 40 in the end portion 21 of the heat transfer tube 20, and may be provided only at a position where the corrosion resistance is inferior.
  • FIG. 9 is a front view showing a bent portion 122 of the heat transfer tube 20 according to the second embodiment.
  • the portion where the alloy portion 150 is provided is different from the first embodiment.
  • the parts common to the first embodiment are designated by the same reference numerals, the description thereof will be omitted, and the differences from the first embodiment will be mainly described.
  • the end 21 of the heat transfer tube 20 is not provided with the header 40, and is a U-shaped hairpin-shaped bent portion 122. Since the end 21 of the heat transfer tube 20, which is the folded-back portion of the heat transfer tube 20, is not provided with the fins 30, a substance that induces corrosion such as salt or metal powder is likely to be deposited. Therefore, the end 21 of the heat transfer tube 20 is inferior in corrosion resistance.
  • FIG. 10 is a front view showing the alloy portion 150 according to the second embodiment.
  • an alloy portion of aluminum and copper formed by a eutectic reaction on the surface of one side of an end portion 21 of the heat transfer tube 20 which is a bent portion 122 of the heat transfer tube 20. 150 is provided. Since the alloy portion 150 is provided at the end portion 21 of the heat transfer tube 20 which is the bent portion 122 of the heat transfer tube 20, the corrosion resistance can be improved even if the heat transfer tube 20 is separated from the fin 30. Therefore, the corrosion resistance of the heat exchanger 108 can be improved.
  • the bent portion 122 of the heat transfer tube 20 is not easy to fix copper as compared with the portion of the heat transfer tube 20 other than the bent portion 122.
  • a easily bendable copper foil or copper tape it is preferable to use a easily bendable copper foil or copper tape. Further, a copper powder dispersed in a flux or a binder may be used. If it is copper powder, it is preferable to fix it using a jig having a shape along the bent portion 122 or to embed it in the bent portion 122 by applying pressure.
  • the alloy portion 150 is provided in the portion of the heat transfer tube 20 located between the fin 30 and the header 40 and in the bent portion 122 of the heat transfer tube 20.
  • the present invention is not limited to these.
  • the alloy portion 150 may be provided in a portion of the heat transfer tube 20 that is thinner than the refrigerant pipe 5 connected to the header 40 due to product design restrictions.
  • the alloy portion 150 may be provided at a portion where the heat transfer tube 20 and the fin 30 are brazed. As described above, the alloy portion 150 is arbitrarily provided at a position where there is a concern about corrosion resistance.
  • the alloy portion 150 is illustrated in the case where it is formed in the heat exchanger 108 provided in the outdoor unit 2, it may be formed in the indoor heat exchanger 11 provided in the indoor unit 3. In this case, even if dew is formed while the indoor unit 3 is in the cooling operation, corrosion can be prevented by the alloy portion 150.

Abstract

熱交換器は、内部に冷媒が流れるアルミニウム製の伝熱管と、伝熱管に流れる冷媒の熱を伝達するフィンと、を備え、伝熱管の端部に、アルミニウムと銅との合金部が設けられている。

Description

熱交換器、空気調和機及び熱交換器の製造方法
 本開示は、伝熱管とフィンとを備える熱交換器、空気調和機及び熱交換器の製造方法に関する。
 従来、伝熱管とフィンとを備える熱交換器が知られている。熱交換器は、例えば空気調和機の室外機及び室内機に設けられている。室外機に設けられた熱交換器は、屋外で使用されるため、降雨等によって水が付着し、熱交換器の伝熱管を構成する金属材料が腐食して、性能低下及び機能不全が生じるおそれがある。室内機に設けられた熱交換器は、空気調和機が冷房運転を行っている場合、着露する可能性があるため、熱交換器の伝熱管を構成する金属材料が腐食して、性能低下及び機能不全が生じるおそれがある。そこで、熱交換器の伝熱管に、防食機能が付加される場合がある。例えば、伝熱管の材料よりも酸化還元電位が卑である材料が、伝熱管の表面に溶射又は塗装される技術が挙げられる。また、フィン及びヘッダのように伝熱管に接触する部材の材料として、酸化還元電位が卑である材料が用いられる技術が挙げられる。
 特許文献1には、複数の扁平管の内部の冷媒が平行に流れるパラレルフロー型の熱交換器が開示されている。特許文献1の熱交換器は、冷媒が流れる扁平管と、扁平管が接続され冷媒が内部に流れるヘッダと、扁平管と扁平管との間に設けられるフィンとを備える。扁平管とフィンとがロウ付けされ、扁平管とヘッダとがロウ付けされて、熱交換器が製造される。なお、一部の扁平管がヘッダに接続され、ヘッダに接続されていない扁平管がU字状に曲げられた折り曲げ部となっている熱交換器も知られている。パラレルフロー型の熱交換器は、扁平管の扁平方向が地面と平行になるようにヘッダに接続されることにより、風路が確保されている。このため、腐食を発生させる要因の一つである水が扁平管に溜まり易くなり、扁平管の腐食が促進されるおそれがある。ここで、扁平管は、概して、加工上の理由によって、銅ではなくアルミニウムが用いられている。
 扁平管がアルミニウム製である場合について説明する。パラレルフロー型の熱交換器の防食設計として、前述の如く、アルミニウム製の扁平管よりも酸化還元電位が卑である材料が、伝熱管の表面に溶射又は塗装される技術が知られている。ここで、アルミニウムよりも酸化還元電位が卑である材料として、例えば亜鉛が挙げられる。しかし、亜鉛が扁平管の全体にわたって供給される必要があるため、亜鉛の材料費がかさむ。また、これにより、設備投資が必要であり、複雑な設備が必要となる。更に、製造効率性の観点から、亜鉛は、扁平管を製造する際に溶射又は塗装されることが好ましい。このため、熱交換器を組み立てたのちに、亜鉛が溶射又は塗装されることは行われていない。従って、扁平管の全体ではなく、所望の範囲に防食を施すことが困難である。
 また、特許文献2には、銅又は有機銅化合物の粉末、Si粉末及びZn含有フラックスとバインダとからなるロウ付用塗膜が表面に形成された熱交換器用アルミニウム合金チューブが開示されている。特許文献2において、扁平管とフィンとのロウ付け部に、銅を含む合金層が形成されることによって、酸化還元電位が貴になる。これにより、特許文献2は、扁平管とフィンとのロウ付け部という局所的な腐食を抑制しようとするものである。
特開平10-220977号公報 特開2017-217669号公報
 しかしながら、特許文献2に開示された熱交換器用アルミニウム合金チューブは、ロウ付け部の腐食を抑制するものであり、特許文献1と同様に、所望の位置に防食を施すものではない。
 本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、伝熱管の所望の位置に防食を施す熱交換器、空気調和機及び熱交換器の製造方法を提供するものである。
 本開示に係る熱交換器は、内部に冷媒が流れるアルミニウム製の伝熱管と、伝熱管に流れる冷媒の熱を伝達するフィンと、を備え、伝熱管の端部に、アルミニウムと銅との合金部が設けられている。
 本開示によれば、伝熱管の端部に、アルミニウムと銅との合金部が設けられている。このため、伝熱管の端部における酸化還元電位が貴となる。このように、伝熱管の所望の位置である伝熱管の端部に防食を施すことができる。
実施の形態1に係る空気調和機を示す回路図である。 実施の形態1に係る熱交換器を示す正面図である。 実施の形態1に係る伝熱管とヘッダとの接続箇所を示す正面図である。 実施の形態1に係る合金部を示す正面図である。 実施の形態1に係る合金部のメカニズムを示すグラフである。 実施の形態1に係る合金部の腐食加速試験前を示す模式図である。 実施の形態1に係る合金部の腐食加速試験後を示す模式図である。 実施の形態1に係る合金部のメカニズムを示す模式図である。 実施の形態2に係る伝熱管の折り曲げ部を示す正面図である。 実施の形態2に係る合金部を示す正面図である。
 以下、本開示の熱交換器及び空気調和機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本開示は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。また、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の説明において、本開示の理解を容易にするために方向を表す用語を適宜用いるが、これは本開示を説明するためのものであって、これらの用語は本開示を限定するものではない。方向を表す用語としては、例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、「前」又は「後」等が挙げられる。
実施の形態1.
 図1は、実施の形態1に係る空気調和機1を示す回路図である。空気調和機1は、室内空間の空気を調整する装置であり、図1に示すように、室外機2と、室内機3とを備えている。室外機2には、例えば圧縮機6、流路切替装置7、熱交換器8、室外送風機9及び膨張部10が設けられている。室内機3には、例えば室内熱交換器11及び室内送風機12が設けられている。
 圧縮機6、流路切替装置7、熱交換器8、膨張部10及び室内熱交換器11が冷媒配管5により接続されて冷媒回路4が構成されている。圧縮機6は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出するものである。圧縮機6は、例えば容量制御可能なインバータ圧縮機である。流路切替装置7は、冷媒回路4において冷媒が流れる方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。熱交換器8は、例えば室外空気と冷媒との間で熱交換するものである。熱交換器8は、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。膨張部10は、冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁である。膨張部10は、例えば開度が調整される電子式膨張弁である。
 室内熱交換器11は、例えば室内空気と冷媒との間で熱交換するものである。室内熱交換器11は、冷房運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する。室内送風機12は、室内熱交換器11に室内空気を送る機器である。
 (運転モード、冷房運転)
 次に、空気調和機1の運転モードについて説明する。先ず、冷房運転について説明する。冷房運転において、圧縮機6に吸入された冷媒は、圧縮機6によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機6から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置7を通過して、凝縮器として作用する熱交換器8に流入し、熱交換器8において、室外送風機9によって送られる室外空気と熱交換されて凝縮して液化する。凝縮された液状態の冷媒は、膨張部10に流入し、膨張部10において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する室内熱交換器11に流入し、室内熱交換器11において、室内送風機12によって送られる室内空気と熱交換されて蒸発してガス化する。このとき、室内空気が冷やされ、室内において冷房が実施される。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置7を通過して、圧縮機6に吸入される。
 (運転モード、暖房運転)
 次に、暖房運転について説明する。暖房運転において、圧縮機6に吸入された冷媒は、圧縮機6によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機6から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置7を通過して、凝縮器として作用する室内熱交換器11に流入し、室内熱交換器11において、室内送風機12によって送られる室内空気と熱交換されて凝縮して液化する。このとき、室内空気が暖められ、室内において暖房が実施される。凝縮された液状態の冷媒は、膨張部10に流入し、膨張部10において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する熱交換器8に流入し、熱交換器8において、室外送風機9によって送られる室外空気と熱交換されて蒸発してガス化する。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置7を通過して、圧縮機6に吸入される。
 なお、空気調和機1は、流路切替装置7を有していなくてもよい。この場合、空気調和機1は、冷房専用機又は暖房専用機となる。
 図2は、実施の形態1に係る熱交換器8を示す正面図である。次に、熱交換器8について詳細に説明する。図2に示すように、熱交換器8は、例えばパラレルフロー型の熱交換器8である。なお、熱交換器8は、フィンチューブ型の熱交換器8であってもよい。熱交換器8は、伝熱管20と、フィン30と、ヘッダ40とを備えている。伝熱管20は、内部に冷媒が流れるチューブであり、複数並べられており、アルミニウム製又はアルミニウム合金製である。なお、伝熱管20の表面に、亜鉛又はシリコンといった防食及びロウ付けのために供給される元素が存在してもよい。また、扁平管は、アルミニウムを芯材とするクラッド材を用いたものでもよい。伝熱管20は、例えば冷媒が流れる流路(図示せず)が一列に複数形成された扁平管である。なお、伝熱管20は、円管でもよい。
 フィン30は、伝熱管20に流れる冷媒の熱を伝達する部材であり、例えば伝熱管20と伝熱管20との間に折り曲げて配置されたコルゲートフィンである。フィン30は、例えばアルミニウム製である。なお、フィン30は、プレートフィンでもよい。ヘッダ40は、内部に冷媒が流れ、接続された複数の伝熱管20に冷媒を分流するものであり、例えばアルミニウム製である。このように、フィン30は、伝熱管20と同じ材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
 ヘッダ40は、複数の伝熱管20の一端部を接続するヘッダ40と複数の伝熱管20の他端部を接続するヘッダ40とを有している。なお、ヘッダ40の内部は、1つ又は複数の仕切りによって、冷媒が流れる流路が仕切られるように構成されてもよい。ヘッダ40の上部には、冷媒配管5が接続されており、ヘッダ40は冷媒配管5によって流路切替装置7と接続されている。ヘッダ40の下部には、冷媒配管5が接続されており、ヘッダ40は冷媒配管5によって膨張部10と接続されている。ヘッダ40は、伝熱管20と同じ材料が用いてられてもよい。
 図3は、実施の形態1に係る伝熱管20とヘッダ40との接続箇所を示す正面図である。概して、伝熱管20及びヘッダ40に腐食によって孔が空くと、孔から冷媒が外部に漏れ、冷房能力又は暖房能力が低下するおそれがある。伝熱管20は、1台の熱交換器8において大量に設けられているため、冷媒漏れのリスクがヘッダ40よりも高い。また、扁平管は、内部に冷媒が流れている際に熱交換が行われるため、高い伝熱性が要求される観点からヘッダ40よりも肉厚が薄い場合が多い。このため、ヘッダ40よりも孔が空き易い。図3に示すように、伝熱管20とヘッダ40との接続箇所である伝熱管20の端部21は、フィン30が設けられていないため、塩分又は金属粉といった腐食を誘発する物質が堆積し易い。このため、伝熱管20の端部21は、耐食性が劣る。
 伝熱管20の腐食を抑制することを目的として、フィン30及びヘッダ40に対し、伝熱管20の材料よりも酸化還元電位が卑の金属を用いる技術が知られている。これにより、故意にフィン30及びヘッダ40の腐食を促し、フィン30及びヘッダ40から近い位置に存在する扁平管の部位を防食する。しかし、この場合も、伝熱管20とヘッダ40との接続箇所である伝熱管20の端部21は、フィン30及びヘッダ40との間に距離があるため、耐食性が劣る。
 図4は、実施の形態1に係る合金部50を示す正面図である。本実施の形態1は、図4に示すように、伝熱管20とヘッダ40との接続箇所である伝熱管20の端部21の片面の表面に、共晶反応によって形成されたアルミニウムと銅との合金部50が設けられている。伝熱管20とヘッダ40との接続箇所である伝熱管20の端部21に合金部50が設けられているため、フィン30及びヘッダ40から離れていても、耐食性を向上させることができる。従って、熱交換器8の耐食性を向上させることができる。また、合金部50の端部の肉厚は、合金部50の中央部の肉厚よりも厚くてもよい。これにより、合金部50の中央部から端部にかけて防食性が落ちていっても、合金部50の端部の防食性を補うことができる。
 図5は、実施の形態1に係る合金部50のメカニズムを示すグラフである。次に、合金部50によって耐食性が向上するメカニズムについて説明する。アルミニウムと亜鉛との合金であるアルミニウム合金材に微小な銅の粉末である銅紛を付着させてロウ付けを行ったサンプルを用いて、共晶反応が起こる範囲及び腐食への影響を調査した。図5において、横軸は、銅紛を付着させた位置からの距離を示し、縦軸は、Cu/Alの原子数%比を示す。図5に示すように、アルミニウムに対する銅の濃度は、銅紛を付着させた位置からほぼ線形的に減少する。
 図6は、実施の形態1に係る合金部50の腐食加速試験前を示す模式図であり、図7は、実施の形態1に係る合金部50の腐食加速試験後を示す模式図である。合金部50の腐食への影響を調査するため、腐食加速試験を行った。ここで、図6は、腐食加速試験前(0h)におけるアルミニウム合金材60の模式図である。アルミニウム合金材60は、ロウ付け前の銅の粉末付着箇所61を有しており、ロウ付け後は銅の粉末付着箇所61を中心にアルミニウムと銅との共晶範囲が展開されている。腐食加速試験を開始してから168h後、図7に示すように、銅の粉末付着箇所61を付着させた位置には、腐食部62が発生していないが、銅の粉末付着箇所61を付着させた位置から離れた場所において、腐食部62が発生した。
 図8は、実施の形態1に係る合金部50のメカニズムを示す模式図である。上記の実験結果を鑑みると、アルミニウムと銅との共晶範囲は、図8のようになっていると考えられる。図8に示すように、銅紛が置かれた位置が最も酸化還元電位が貴となる。そして、銅紛が置かれた位置を中心として同心円状に離れていくに従って、銅の濃度が低くなるため、酸化還元電位が卑となっていく。図8において、アルミニウム材の酸化還元電位は小卑であり、銅紛が置かれた位置の酸化還元電位は貴であり、銅紛が置かれた位置から離れるに従って酸化還元電位が中卑、大卑となっていく。
 銅はアルミニウムよりも酸化還元電位が貴の金属であり、アルミニウムと銅との合金部50も、アルミニウムよりは酸化還元電位が貴である。よって、アルミニウムと銅との合金部50が設けられていない伝熱管20、フィン30又はヘッダ40が、アルミニウムと銅との合金部50を犠牲防食する。ここで、犠牲防食とは、特定の部位が腐食することを保護するために、自ら腐食することをいう。本実施の形態1では、伝熱管20とヘッダ40との接続箇所である伝熱管20の端部21に合金部50が設けられているため、その部分を防食することができる。
 なお、ヘッダ40及びフィン30の酸化還元電位が最も卑であり、合金部50の酸化還元電位が最も貴であり、伝熱管20の合金部50以外の部分の酸化還元電位が、ヘッダ40及びフィン30と合金部50との間の酸化還元電位である。これにより、伝熱管20の合金部50以外の部分が腐食することも、抑制することができる。また、伝熱管20の合金部50外の部分が局所的に厚肉化されてもよい。この場合、伝熱管20の合金部50以外の部分において、腐食しろが大きく取られるため、腐食耐力を向上させることができる。
 (合金部50の製造方法)
 次に、合金部50の製造方法について説明する。合金部50は、前述の如く、伝熱管20の端部21に、共晶反応によって形成されたアルミニウムと銅との合金部50である。アルミニウムと銅とを共晶反応によって合金化するためには、600℃前後の高温が必要である。本実施の形態1では、伝熱管20、フィン30及びヘッダ40等が組み上げられた熱交換器8全体が、ロウ付け炉の中に供給される。炉中ロウ付け前に組み上げられた熱交換器8は、ロウ付けされていないため、伝熱管20とフィン30とヘッダ40とは金属的に接合されていない。しかし、伝熱管20におけるフィン30とヘッダ40との間の部分といった防食を施したい位置は決まっているため、ロウ付けされる前に合金部50を形成することが好ましい。
 具体的には、伝熱管20のうち防食を施したい位置に、所定の大きさの銅又は銅合金が載置される。銅合金は、例えば黄銅である。ここで、銅又は銅合金の形状は限定されないが、例えば銅紛、銅箔又は銅のテープといったものが挙げられる。銅紛又は銅箔を伝熱管20に載置する方法として、自重のみで載置されてもよいし、加圧して伝熱管20の表面に押し込まれたものでもよいし、カーボン等から構成される治具を用いて載置しつつ固定されてもよい。銅のテープについては、そのまま貼り付ければよい。銅紛又は銅箔を伝熱管20に載置する方法のほかに、フラックス中に微細な銅紛を分散させ、銅紛を含むフラックスを塗布する方法も考えられる。また、バインダ等に微細な銅紛を分散させ、銅紛を含むバインダを塗布する方法も考えられる。なお、銅又は銅合金を供給する方法は、上記の方法に限定されず、伝熱管20、フィン30及びヘッダ40等によって組み上げられた熱交換器8に供給することができればよい。このように、熱交換器8の製造方法は、伝熱管20の端部に銅を載置するステップと、伝熱管20とフィン30とを組み上げるステップと、組み上げられた伝熱管20及びフィン30を、ロウ付け炉の中に供給するステップとからなる。
 次に、銅又は銅合金の大きさ、量又は分散具合について説明する。所定の大きさの銅紛を供給する場合、供給した銅紛と伝熱管20を構成するアルミニウムとの共晶反応によってアルミニウムと銅との合金部50が形成される。このため、アルミニウムに対する銅の量が過多である場合、伝熱管20の周方向の全体が合金部50となる可能性がある。アルミニウムに対する銅の量が更に過多である場合、合金部50の融点がアルミニウム単体の融点よりも低いため、合金部50が全て融解し、伝熱管20自体が融解又は破損する可能性がある。逆に、アルミニウムに対する銅の量が過少である場合、合金部50の酸化還元電位が、必要とされる貴まで至らず、要求される防食性能が得られない可能性がある。このように、銅又は銅合金の供給量は、適切な量であることが求められる。
 次に、合金部50の製造条件について説明する。上記のような腐食加速試験を行った結果、合金部50の深さ方向の状態及び水平方向の状態等が明らかとなった。その結果、伝熱管20の肉厚をtとすると、銅の1粒当たりの体積Vは、0.0035t[mm]≦V≦0.436t[mm]であることが好ましいことがわかった。また、伝熱管20の肉厚をtとすると、銅の重量Wは、0.027t[g/cm]≦W≦0.135t[g/cm]であることが好ましいことがわかった。なお、これらの不等式は、銅紛の場合について例示したものであるが、フラックス又はバインダに銅紛を分散させた場合も、同様の不等式が成り立つ。銅箔を用いる場合も、銅紛と同様に、伝熱管20の肉厚をtとすると、銅の重量Wは、0.027t[g/cm]≦W≦0.135t[g/cm]であることが好ましい。
 本実施の形態1によれば、伝熱管20の端部21に、アルミニウムと銅との合金部50が設けられている。このため、伝熱管20の端部21における酸化還元電位が貴となる。このように、伝熱管20の所望の位置である伝熱管20の端部21に防食を施すことができる。本実施の形態1は、内部に冷媒が流れ、接続された複数の伝熱管20に冷媒を分配するヘッダ40を更に備え、合金部50は、伝熱管20において、フィン30とヘッダ40との間に設けられている。伝熱管20の端部21のうち、フィン30とヘッダ40との間に合金部50が設けられているため、伝熱管20のうち、フィン30及びヘッダ40から離れている位置に、防食を施すことができる。
 従来、扁平管とフィンとのロウ付け部以外で防食を施す必要がある位置において、アルミニウム、銅及び亜鉛の合金が形成される技術が知られている。しかしながら、アルミニウムに対して酸化還元電位が卑である亜鉛と、アルミニウムに対して酸化還元電位が貴である銅とが競合して、防食を施す必要がある位置の耐食性が低下するおそれがある。
 これに対し、本実施の形態1は、伝熱管20の端部21に、共晶反応によって形成されたアルミニウムと銅との合金部50が設けられている。このため、亜鉛と銅とが競合することがない。従って、防食を施す必要がある位置の耐食性が低下することを抑制することができる。
 なお、本実施の形態1は、伝熱管20とヘッダ40との接続箇所である伝熱管20の端部21の片面の表面に、共晶反応によって形成されたアルミニウムと銅との合金部50が設けられている場合について例示している。なお、伝熱管20の両面又は側面に、合金部50が設けられてもよい。また、伝熱管20の端部21のうち、フィン30とヘッダ40との間の全領域ではなく部分的に合金部50が設けられてもよい。更に、共晶反応は、炉中ロウ付けによって起こされる場合について例示されているが、例えばバーナーを用いたロウ付けによって共晶反応が起こされてもよい。更にまた、熱交換器8が組み上げられるよりも前に、伝熱管20に銅が供給されてもよい。また、合金部50は、伝熱管20の端部21のうち、フィン30とヘッダ40との間の全ての位置に設けられている必要はなく、耐食性が劣る位置にのみ設けられてもよい。
実施の形態2.
 図9は、実施の形態2に係る伝熱管20の折り曲げ部122を示す正面図である。本実施の形態2は、合金部150が設けられている部分が、実施の形態1と相違する。本実施の形態2では、実施の形態1と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
 図9に示すように、伝熱管20の端部21には、ヘッダ40が設けられておらず、U字状のヘアピン形状の折り曲げ部122となっている。伝熱管20の折り返し部である伝熱管20の端部21は、フィン30が設けられていないため、塩分又は金属粉といった腐食を誘発する物質が堆積し易い。このため、伝熱管20の端部21は、耐食性が劣る。
 図10は、実施の形態2に係る合金部150を示す正面図である。本実施の形態2は、図10に示すように、伝熱管20の折り曲げ部122である伝熱管20の端部21の片面の表面に、共晶反応によって形成されたアルミニウムと銅との合金部150が設けられている。伝熱管20の折り曲げ部122である伝熱管20の端部21に合金部150が設けられているため、フィン30から離れていても、耐食性を向上させることができる。従って、熱交換器108の耐食性を向上させることができる。伝熱管20の折り曲げ部122は、折り曲げ部122以外の伝熱管20の部位に比べて、銅の固定が容易ではない。そこで、曲げ易い銅箔又は銅テープを用いることが好ましい。また、銅紛をフラックス又はバインダに分散させたものを用いてもよい。銅紛であれば、折り曲げ部122に沿った形状の治具を用いて固定したり、加圧によって折り曲げ部122に埋め込んだりする方法が好ましい。
 上記のとおり、実施の形態1及び実施の形態2では、伝熱管20におけるフィン30とヘッダ40との間に位置する部分及び伝熱管20の折り曲げ部122に、合金部150が設けられている場合について例示しているが、これらに限定されない。例えば、伝熱管20のうち、製品設計の制約により、ヘッダ40に接続される冷媒配管5よりも肉厚が薄い部分に、合金部150が設けられてもよい。また、伝熱管20とフィン30とがロウ付けされる部分に、合金部150が設けられてもよい。このように、合金部150は、耐食性の懸念がある位置に、任意に設けられる。
 なお、合金部150は、室外機2に設けられる熱交換器108に形成される場合について例示しているが、室内機3に設けられる室内熱交換器11に形成されてもよい。この場合、室内機3が冷房運転を行っているときに着露しても、合金部150によって腐食を防止することができる。
 1 空気調和機、2 室外機、3 室内機、4 冷媒回路、5 冷媒配管、6 圧縮機、7 流路切替装置、8 熱交換器、9 室外送風機、10 膨張部、11 室内熱交換器、12 室内送風機、20 伝熱管、21 端部、30 フィン、40 ヘッダ、50 合金部、60 アルミニウム合金材、61 銅の粉末付着箇所、62 腐食部、108 熱交換器、122 折り曲げ部、150 合金部。

Claims (9)

  1.  内部に冷媒が流れるアルミニウム製の伝熱管と、
     前記伝熱管に流れる冷媒の熱を伝達するフィンと、を備え、
     前記伝熱管の端部に、アルミニウムと銅との合金部が設けられている
     熱交換器。
  2.  前記合金部は、
     共晶反応によって形成されたものである
     請求項1記載の熱交換器。
  3.  内部に冷媒が流れ、接続された複数の前記伝熱管に冷媒を分配するヘッダを更に備え、
     前記合金部は、
     前記伝熱管において、前記フィンと前記ヘッダとの間に設けられている
     請求項1又は2記載の熱交換器。
  4.  前記合金部は、
     前記伝熱管の折り返し部に設けられている
     請求項1~3のいずれか1項に記載の熱交換器。
  5.  前記伝熱管の肉厚をtとすると、前記銅の1粒当たりの体積Vは、0.0035t[mm]≦V≦0.436t[mm]である
     請求項1~4のいずれか1項に記載の熱交換器。
  6.  前記伝熱管の肉厚をtとすると、前記銅の重量Wは、0.027t[g/cm]≦W≦0.135t[g/cm]である
     請求項1~5のいずれか1項に記載の熱交換器。
  7.  前記合金部の端部の肉厚は、前記合金部の中央部の肉厚よりも厚い
     請求項1~6のいずれか1項に記載の熱交換器。
  8.  請求項1~7のいずれか1項に記載の熱交換器
     を備える空気調和機。
  9.  内部に冷媒が流れるアルミニウム製の伝熱管の端部に銅を載置するステップと、
     前記伝熱管と、前記伝熱管に流れる冷媒の熱を伝達するフィンとを組み上げるステップと、
     組み上げられた前記伝熱管及び前記フィンを、ロウ付け炉の中に供給するステップと、
     を備える熱交換器の製造方法。
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